Exkluzivně: Nafouknuté exoplanety, které se vysmály teoriím

Exoplaneta HD 209458 b v představách malíře.
Exoplaneta HD 209458 b v představách malíře.

Teorie o vzniku a vývoji planet byly do 90. let minulého století založeny téměř výhradně na znalostech Sluneční soustavy. Vesmír je však mnohem pestřejší a vynalézavější. Objevy prvních exoplanet nám přichystaly mnoho překvapení. Zajímavým plodem posledních let v oboru jsou exoplanety o poněkud neobvyklých velikostech…

 



Do dnešních dní jsme objevili na 500 planet mimo Sluneční soustavu. Necelá pětina z nich přechází z našeho pohledu před diskem mateřské hvězdy. Z periodických poklesů jasnosti hvězdy můžeme určit poloměr exoplanety. Když pak světlo hvězdy proženeme spektrografem, dostaneme do rukou i odhad hmotnosti planetárního světa.

 

V odborných časopisech nalezneme velké množství studií, zabývající se teoretickými modely a vztahy mezi hmotnosti exoplanety a jejím poloměrem. Zajímavou práci zveřejnili Peter Bodenheimer, Gregory Laughlin a Douglas N. C. Lin v roce 2003.

 

Ve studii nalezneme pěknou tabulku, která řeší vztah mezi povrchovou teplotou (v Kelvinech), poloměrem exoplanety (v násobcích poloměru Jupiteru) a hmotnosti exoplanety (v násobcích hmotnosti Jupiteru). Plynní obři o hmotnosti 0,11 až 3 Jupiteru jsou ještě rozdělení na planety s kamenných jádrem (core) a bez něj (no core).

 

Credit: Gregory Laughlin
Credit: Gregory Laughlin

 

Tato tabulka je zjednodušenou výchozí pomůckou pro lovce exoplanet. Některá z automatických přehlídek oblohy jako SuperWASP, HAT Network, MEarth, OGLE, Tres atd. objeví tranzitující exoplanetu. Ze světelné křivky (graf závislosti jasnosti hvězdy na čase) se vyčte poloměr exoplanety. Mateřská hvězda je následně pozorována spektrografem některého z větších astronomických dalekohledů. Ze spektra se získá hmotnost planety a oba údaje se konfrontují s tabulkou.

 

Velké množství exoplanet tabulku zdá se nečetlo a jejich parametry údajům v ní nesouhlasí. Astronomové proto zavedli pojem „Radius Anomalies“, což bychom do češtiny mohli přeložit jako poloměrová odchylka. Jedná se o rozdíl mezi tabulkovou hodnotou a reálným poloměrem. Poloměrová odchylka může být kladná (skutečný poloměr exoplanety je větší než by měl být) nebo záporná.

 

S poloměrovou odchylkou můžeme dále pracovat. Gregory Laughlin uvádí na svém webu zajímavý graf závislosti poloměrové odchylky na efektivní teplotě planety. Z grafu je patrné, že poloměrová roste lineárně s teplotou. Jinými slovy: čím je teplota exoplanety větší, tím větší je i poloměr exoplanety. Tento předpoklad poměrně dobře koresponduje s objevy, kdy exoplanety s kladnou poloměrovou odchylkou obíhají blízko svých hvězd a jsou tedy značně zahřívány.

 

Graf závislosti poloměrové odchylky na efektivní teplotě exoplanety. Credit: Gregory Laughlin
Graf závislosti poloměrové odchylky na efektivní teplotě exoplanety. Credit: Gregory Laughlin

 

Příkladem exoplanety s kladnou poloměrovou odchylkou je slavná HD 209458 b, o které jsme už mnohokrát psali – viz seznam článků. Exoplaneta má hmotnost 0,7 Jupiteru ale poloměr 1,35 Jupiteru. Efektivní teplota exoplanety se odhaduje na 1 200 K.

 

Jednou z exoplanet se zápornou poloměrovou odchylkou je HD 149026 b s hmotnosti 0,36 Jupiteru a poloměrem 0,73 Jupiteru.

 

Na webu nalezneme ještě jeden velmi zajímavý graf, který představuje závislost poloměrové odchylky na metalicitě mateřské hvězdy. Pod pojmem metalicita vyjadřují astronomové poměr prvků těžších než vodík a hélium, kterým se v astronomickém žargonu říká obecně „kovy“.

 

Graf závislosti poloměrové odchylky na metalicitě mateřské hvězdy. Half Solar - poloviční metalicita ve srovnání se Sluncem; Twice Solar - dvojnásobná metalicita ve srovnání se Sluncem. Credit: Gregory Laughlin
Graf závislosti poloměrové odchylky na metalicitě mateřské hvězdy. Half Solar - poloviční metalicita ve srovnání se Sluncem; Twice Solar - dvojnásobná metalicita ve srovnání se Sluncem. Credit: Gregory Laughlin

 

Z grafu vyplývá, že exoplanety s kladnou poloměrovou odchylkou nacházíme okolo hvězd, které jsou bohaté na kovy a naopak exoplanety se zápornou poloměrovou odchylkou obíhají okolo hvězd s menší metalickou než má Slunce. Například mateřská hvězda zmíněné exoplanety HD 149026 b má nejméně dvakrát větší metalicitu ve srovnání se Sluncem.

 

Oba grafy (teplota exoplanety a metalicita hvězdy) však nedokážou vysvětlit velikost mnoha exoplanet. Menší část z objevených tranzitujících exoplanet má poloměr větší nebo naopak menší, než jaký můžeme vyčíst z obou grafů.

 

Je tedy docela možné, že velikost exoplanet ovlivňuje další faktor, který dosud nebyl objeven. Možné je také to, že funkce na grafu 1 není lineární. V případě některých exoplanet může být na vině i chyba měření.

 

Před pár dny byl oznámen objev dvou nových tranzitujících exoplanet. HAT-P-18 b a HAT-P-19 b. Oba nové přírůstky jsou relativně chladnými světy s malou hmotnosti a obíhají okolo hvězd, které jsou bohaté na kovy. Podle výše uvedených předpokladů by tedy měly mít zápornou poloměrovou odchylku. Jenomže opak je pravdou, jak můžete posoudit sami z tabulky níže.

 

Název exoplanety
Hmotnost
Poloměr
HAT-P-18 b
0,197 Mj
0,995 Rj
HAT-P-19 b
0,292 Mj
1,132 Rj

 

Zdroje:

 

 

 

 

www.novedalekohledy.cz